STL详解 - string类

南风与鱼 2024-10-01 09:05:05 阅读 95

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一、为什么要学习string类

1.1 C语言中的字符串

1.2 面试题

🌳字符串相加https://leetcode.cn/problems/add-strings/description/

二、标准库中的string类

2.1 string类

2.2 string类的常用接口说明

1. string类对象的常见构造

2. string类对象的容量操作

3. string类对象的访问及遍历操作

4. string类对象的修改操作

5. string类非成员函数

6. vs和g++下string结构的说明

🌵vs下string的结构：

🌵g++下string的结构：

三、OJ习题

1. 仅仅反转字母

2. 找字符串中第一个只出现一次的字符

3. 字符串里面最后一个单词的长度

4. 验证一个字符串是否是回文串

5. 字符串相加

四、扩展阅读

🥤：面试中string的一种正确写法

🍺：STL中的string类怎么了

一、为什么要学习string类

1.1 C语言中的字符串

C语言中，字符串是以'\0'结尾的一些字符的集合，为了操作方便，C标准库中提供了一些str系列的库函数，但是这些库函数与字符串是分离开的，不太符合OOP的思想，而且底层空间需要用户自己管理，稍不留神可能还会越界访问。

1.2 面试题

🌳字符串相加

icon-default.png?t=N7T8

https://leetcode.cn/problems/add-strings/description/

在OJ中，有关字符串的题目基本以string类的形式出现，而且在常规工作中，为了简单、方便、快捷，基本都使用string类，很少有人去使用C库中的字符串操作函数。

二、标准库中的string类

学习C++中的string类非常重要，但是它的接口又非常的多，我们不可能将它们全部记住，并且也没这个必要，我们只需要熟练掌握平常工作中需要经常用到的一些接口就行了，剩下的可以通过查阅相关文档来了解string类的成员函数、用法和示例。

这里介绍两个网站，以供参考：

C++官方网站（cppreference）：

网址：https://en.cppreference.com/w/优点：作为一个wiki风格的网站，提供了非常详尽和全面的C++语言参考资料。覆盖了C++标准库、语言特性、语法规则等方方面面。缺点：有些页面可能含有过多详细信息，对初学者难以理解。

cplusplus网站（推荐）：

网址：http://www.cplusplus.com/优点：提供了C++语言的完整参考资料、教程和示例代码。有专门的页面介绍标准库函数、关键字和语法规则。缺点：部分资料可能有限，对一些高级语言特性和最新标准可能覆盖不够全面。

2.1 string类

string类的文档介绍

icon-default.png?t=N7T8

https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/?kw=string

字符串是表示字符序列的类。

标准的字符串类提供了对此类对象的支持，其接口类似于标准字符容器的接口，但添加了专门用于操作单字节字符字符串的设计特性。 string类是使用char(即作为它的字符类型，使用它的默认char_traits和分配器类型(关于模板的更多信息，请参阅basic_string)。 string类是basic_string模板类的一个实例，它使用char来实例化basic_string模板类，并用char_traits和allocator作为basic_string的默认参数(更多的模板信息请参考basic_string)。注意，这个类独立于所使用的编码来处理字节:如果用来处理多字节或变长字符(如UTF-8)的序列，这个类的所有成员(如长度或大小)以及它的迭代器，将仍然按照字节(而不是实际编码的字符)来操作。

总结：

string是表示字符串的字符串类。该类的接口与常规容器的接口基本相同，再添加了一些专门用来操作string的常规操作。string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string<char, char_traits,allocator>string;

不能操作多字节或者变长字符的序列。

在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;

2.2 string类的常用接口说明

1. string类对象的常见构造

🌵函数名称：constructor

https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/string/

<code>#include <iostream>

using namespace std;

#include <string>

void test_string1()

{

string s0; // 默认构造，构造空的string类对象

string s1("hello world"); // 字符串构造

string s2(s1); // 拷贝构造

string s3(s1, 5, 3); // 将s1从第5个位置开始取3个字符

string s4(s1, 5, 10); // 将s1从第5个位置开始取10个字符

string s5(s1, 5); // 不给第三个参数，就默认是缺省值npos（npos是string里面的一个静态成员变量 static const size_t npos = -1）,后边有多少取多少

string s6(10, '*');

cout << s0 << endl;

cout << s1 << endl;

cout << s2 << endl;

cout << s3 << endl;

cout << s4 << endl;

cout << s5 << endl;

cout << s6 << endl;

}

int main()

{

test_string1();

return 0;

}

2. string类对象的容量操作

🌳函数名称链接：（size + length + capacity + empty + clear + reserve + resize）

<code>#include <iostream>

using namespace std;

#include <string>

void test_string()

{

string s1("hello world hello world hello world");

cout << s1.size() << endl;

cout << s1.length() << endl;

cout << s1.max_size() << endl;

cout << s1.capacity() << endl << endl;; // 不包含\0占用的空间

// 查看扩容机制

string s;

size_t sz = s.capacity();

cout << "making s grow:\n";

for (int i = 0; i < 100; ++i)

{

s.push_back('c'); // 自动扩容

if (sz != s.capacity())

{

sz = s.capacity();

cout << "capacity changed: " << sz << '\n';

}

cout << endl;

// clear只是清数据，不会清空间

cout << s1 << endl;

cout << s1.capacity() << endl;

cout << s1.size() << endl;

s1.clear();

cout << s1 << endl;

cout << s1.capacity() << endl;

cout << s1.size() << endl << endl;

// 缩容

// 但不会将string对象的容量缩减到0，因为它会

// 保留一定的冗余空间以提高字符串的操作效率

s1.shrink_to_fit();

cout << s1.capacity() << endl;

cout << s1.size() << endl << endl;

}

int main()

{

test_string();

return 0;

}

<code>#include <iostream>

using namespace std;

#include <string>

void test_string()

{

// reserve是手动扩容，比capacity大才会扩容

// reserve用的比较多，因为如果我们知道要插入多少数据

// 就会提前开好空间，这样就避免了扩容，提高了效率

string s2("hello hello hello hello");

cout << s2.size() << endl;

cout << s2.capacity() << endl;

s2.reserve(200);

cout << s2.size() << endl;

cout << s2.capacity() << endl << endl;

// resize

// 如果 n < size 删除

// 如果 size < n < capacity 插入空字符

// 如果 capacity < n 扩容 + 插入

string s3("hello world");

cout << s3.size() << endl;

cout << s3.capacity() << endl << endl;

s3.resize(10);

cout << s3.size() << endl;

cout << s3.capacity() << endl << endl;

s3.resize(20);

cout << s3.size() << endl;

cout << s3.capacity() << endl << endl;

s3.resize(30, '*');

cout << s3.size() << endl;

cout << s3.capacity() << endl << endl;

}

int main()

{

test_string();

return 0;

}

注意：

size()与length()方法底层实现原理完全相同，引入size()的原因是为了与其他容器的接口保持一致，一般情况下基本都是用size()。

clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。

resize(size_t n) 与 resize(size_t n, char c)都是将字符串中有效字符个数改变到n个，不同的是当字符个数增多时：resize(n)用0来填充多出的元素空间，resize(size_t n, char c)用字符c来填充多出的元素空间。注意：resize在改变元素个数时，如果是将元素个数增多，可能会改变底层容量的大小，如果是将元素个数减少，底层空间总大小不变。

reserve(size_t res_arg=0)：为string预留空间，不改变有效元素个数，当reserve的参数小于string的底层空间总大小时，reserver不会改变容量大小。

3. string类对象的访问及遍历操作

🌲函数名称：operator

https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/operator%5B%5D/

🌲函数名称：begin

https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/begin/ + end

https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/end/

<code>#include <iostream>

using namespace std;

#include <string>

// string的三种遍历方式

void test_string()

{

string s1("hello world");

// 需要注意的以下三种方式除了遍历string对象，还可以修改string中的字符，

// 另外以下三种方式对于string而言，第一种使用最多

// 1. for+operator[]、下标 + []

for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)

{

cout << s1[i] << " ";

//cout << s1.operator[](i) << " ";

}

cout << endl;

// 修改

for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)

{

s1[i]++;

}

for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)

{

cout << s1[i] << " ";

}

cout << endl;

// 2.迭代器（区间是左闭右开）

// begin是第一个有效数据的迭代器

// end是最后一个位置的下一个位置（就是\0，因为\0不是有效字符）

string::iterator it = s1.begin();

while (it != s1.end())

{

cout << *it << " ";

++it;

}

cout << endl;

// 3.范围for

// 底层就是迭代器

for (auto e : s1)

{

cout << e << " ";

}

cout << endl;

}

int main()

{

test_string();

return 0;

}

🌲函数名称：rbegin

https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/rbegin/ + rend

https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/rend/

<code>#include <iostream>

using namespace std;

#include <string>

// 反向迭代器

void test_string()

{

string s("hello world");

// 可读可写

string::reverse_iterator rit = s.rbegin();

while (rit != s.rend())

{

cout << *rit << " ";

++rit;// 注意这儿是++

}

cout << endl;

// 只读

const string s1("hello world");

string::const_reverse_iterator rit1 = s1.rbegin();

while (rit1 != s1.rend())

{

cout << *rit1 << " ";

++rit1;

}

cout << endl;

}

int main()

{

test_string();

return 0;

}

🌳函数名称：operator[]

https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/operator%5B%5D/ + at

icon-default.png?t=N7T8

https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/at/

<code>#include <iostream>

using namespace std;

#include <string>

void test_string()

{

string s("hello world");

cout << s[1] << endl;

cout << s.at(1) << endl;

// []和at的不同在于对数组越界访问的报错不一样

/*s[15];

s.at(15);*/

}

int main()

{

test_string();

return 0;

}

4. string类对象的修改操作

🌳函数名称链接：push_back + append + operator+= + c_str + find + npos + rfind + substr

<code>#include <iostream>

using namespace std;

#include <string>

void test_string()

{

string s("hello world");

// push_back：在尾部插入一个字符

s.push_back('!');

cout << s << endl;

// append：在尾部追加一个字符串

s.append("apple");

cout << s << endl;

// 在尾部插入n个字符

s.append(10, '$');

cout << s << endl;

string s1(" friend ");

/*s.append(s1);

cout << s << endl;*/

// 追加时头部只留一个空格，尾部不要空格

s.append(++s1.begin(), --s1.end());

cout << s << endl;

// operator+=：在字符串后边追加字符串

string s3("hello");

s3 += " ";

s3 += "world!";

cout << s3 << endl;

}

int main()

{

test_string();

return 0;

}

<code>#include <iostream>

using namespace std;

#include <string>

void test_string()

{

string s("hello");

cout << s << endl;

// assign：赋值（用一个值覆盖掉字符串）

s.assign("xxxxxx");

cout << s << endl;

// insert：在某个位置进行插入

s.insert(0, "@@@");// 在第0个位置插入@@@

cout << s << endl;

// erase :删除字符串中的字符

s.erase(1, 2);// 从第一个位置开始删除两个字符

cout << s << endl;

s.erase();// 全部删除（erase支持全缺省）

cout << s << endl;

// replace：替换字符串的一部分

string s1("hello world hi hai");

s1.replace(5, 1, "&");

cout << s1 << endl;

// 替换字符串中的空格

size_t pos = s1.find(' ');

while (pos != s1.npos)

{

s1.replace(pos, 1, "$");

pos = s1.find(' ');

}

cout << s1 << endl;

// 第二种方法

string s2;

for (auto ch : s1)

{

if (ch != ' ')

{

s2 += ch;

}

else

{

s2 += '$';

}

cout << s2 << endl;

}

int main()

{

test_string();

return 0;

}

<code>#include <iostream>

#include <string>

using namespace std;

void test_string()

{

// c_str 返回c格式字符串

string s("hello world");

string filename("test.cpp");

FILE* fout = fopen(filename.c_str(), "r");

// find 从字符串pos位置从前往后找字符c，返回该字符在字符串中的位置

// substr 在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

// 拿到文件的后缀

string s1("test.txt");

size_t pos1 = s1.find('.');

if (pos1 != string::npos)

{

string suffix = s1.substr(pos1);

//string suffix = s1.substr(pos1, s1.size() - pos1);

cout << suffix << endl;

}

else

{

cout << "没有后缀" << endl;

}

// rfind 从字符串pos位置从后往前找字符c，返回该字符在字符串中的位置

// 获取文件后缀

string s2("file.c.tar.zip");

size_t pos2 = s2.rfind('.');

if (pos2 != string::npos)

{

string suffix = s2.substr(pos2);

cout << suffix << endl;

}

else

{

cout << "没有后缀" << endl;

}

string url1("https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/");

string url2("https://image.baidu.com/search/index?tn=baiduimage&ps=1&ct=201326592&lm=-1&cl=2&nc=1&ie=utf-8&dyTabStr=MCwxLDIsMyw3LDYsNCw1LDgsOQ%3D%3D&word=%E4%B9%A0%E8%BF%91%E5%B9%B3%E5%BC%BA%E8%B0%83%E4%B8%8D%E8%83%BD%E8%AE%A9%E4%BB%96%E4%BB%AC%E5%90%83%E4%BA%8F");

string protocal, domain, uri;

size_t i1 = url1.find(':');

if (i1 != string::npos)

{

string protocal = url1.substr(0, i1 - 0);

cout << protocal << endl;

}

size_t i2 = url1.find('/', i1 + 3);

if (i2 != string::npos)

{

string domain = url1.substr(i1 + 3, i2 - (i1 + 3));

cout << domain << endl;

string uri = url1.substr(i2 + 1);

cout << uri << endl;

}

int main()

{

test_string();

return 0;

}

注意：

在string尾部追加字符时，s.push_back(c) / s.append(1, c) / s += 'c'三种的实现方式差不多，一般情况下string类的+=操作用的比较多，+=操作不仅可以连接单个字符，还可以连接字符串。

对string操作时，如果能够大概预估到放多少字符，可以先通过reserve把空间预留好。

5. string类非成员函数

🌳函数名称链接：operator+ + relational operators + swap + operator>> + operator<< + getline

<code>#include <iostream>

#include <string>

using namespace std;

void test_string()

{

// operator+

string s1 = "hello";

string s2 = " world";

string ret = s1 + s2;

cout << ret << endl;

// 支持string + 字符串，也支持字符串 + string

string ret1 = s1 + "world";

string ret2 = "hello" + s2;

}

int main()

{

test_string();

return 0;

}

6. vs和g++下string结构的说明

注意：下述结构是在32位平台下进行验证，32位平台下指针占4个字节。

🌵vs下string的结构：

string总共占28个字节，内部结构稍微复杂一点，先是有一个联合体，联合体用来定义string中字符串的存储空间：

当字符串长度小于16时，使用内部固定的字符数组来存放。当字符串长度大于等于16时，从堆上开辟空间。

<code>union _Bxty

{ // storage for small buffer or pointer to larger one

value_type _Buf[_BUF_SIZE];

pointer _Ptr;

char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing

} _Bx;

这种设计也是有一定道理的，大多数情况下字符串的长度都小于16，那string对象创建好之后，内部已经有了16个字符数组的固定空间，不需要通过堆创建，效率高。

其次：还有一个size_t字段保存字符串长度，一个size_t字段保存从堆上开辟空间总的容量。

最后：还有一个指针做一些其他事情。

故总共占16+4+4+4=28个字节。

🌵g++下string的结构：

G++下，string是通过写时拷贝实现的，string对象总共占4个字节，内部只包含了一个指针，该指针将来指向一块堆空间，内部包含了如下字段：

空间总大小字符串有效长度引用计数

<code>struct _Rep_base

{

size_type _M_length;

size_type _M_capacity;

_Atomic_word _M_refcount;

}

指向堆空间的指针，用来存储字符串。

三、OJ习题

1. 仅仅反转字母
https://leetcode.cn/problems/reverse-only-letters/description/

class Solution

{

public:

bool isLetter(char ch)

{

if (ch >= 'a' && ch <= 'z')

return true;

if (ch >= 'A' && ch <= 'Z')

return true;

return false;

}

string reverseOnlyLetters(string S)

{

if (S.empty())

return S;

size_t begin = 0, end = S.size() - 1;

while (begin < end)

{

while (begin < end && !isLetter(S[begin]))

++begin;

while (begin < end && !isLetter(S[end]))

--end;

swap(S[begin], S[end]);

++begin;

--end;

}

return S;

}

};

2. 找字符串中第一个只出现一次的字符
https://leetcode.cn/problems/first-unique-character-in-a-string/description/

class Solution

{

public:

int firstUniqChar(string s)

{

int count[26] = { 0 };

// 统计每个字符出现的次数

for (auto ch : s)

{

count[ch - 'a']++;

}

// 按照字符次序从前往后找只出现一次的字符

for (int i = 0; i < s.size(); ++i)

{

if (1 == count[s[i] - 'a'])

return i;

}

return -1;

}

};

3. 字符串里面最后一个单词的长度
https://www.nowcoder.com/practice/8c949ea5f36f422594b306a2300315da?tpId=37&&tqId=21224&rp=5&ru=/activity/oj&qru=/ta/huawei/question-ranking

#include <iostream>

#include <string>

using namespace std;

int main()

{

string str;

// 不要使用cin>>line,因为会它遇到空格就结束了

// while(cin>>line)

while (getline(cin, str))

{

// 从后往前找第一个空格的位置

size_t pos = str.rfind(' ');

// 左开右闭，size是最后一个字符的下一个位置

// pos是空格的位置，+1刚好是最后一个单词的起始位置

cout << str.size() - (pos + 1) << endl;

}

//char ch = getchar();

//while (ch != '\n')

//{

// str += ch;

// ch = getchar();

//}

return 0;

}

4. 验证一个字符串是否是回文串
https://leetcode.cn/problems/valid-palindrome/description/

class Solution {

public:

bool isLetterOrNumber(char ch)

{

return (ch >= '0' && ch <= '9')

|| (ch >= 'a' && ch <= 'z')

|| (ch >= 'A' && ch <= 'Z');

}

bool isPalindrome(string s) {

// 先小写字母转换成大写，再进行判断

for (auto& ch : s)

{

if (ch >= 'a' && ch <= 'z')

ch -= 32;

}

int begin = 0, end = s.size() - 1;

while (begin < end)

{

while (begin < end && !isLetterOrNumber(s[begin]))

++begin;

while (begin < end && !isLetterOrNumber(s[end]))

--end;

if (s[begin] != s[end])

{

return false;

}

else

{

++begin;

--end;

}

return true;

}

};

5. 字符串相加
https://leetcode.cn/problems/add-strings/description/

class Solution

{

public:

string addStrings(string num1, string num2)

{

// 最后一个字符的位置

int end1 = num1.size() - 1, end2 = num2.size() - 1;

string retstr;

// 提前开好空间

retstr.reserve(num1.size() > num2.size() ? num1.size() + 1 : num2.size() + 1);

// 表示进位

int next = 0;

// 注意：长字符串应该最后才结束相加

while (end1 >= 0 || end2 >= 0)

{

int val1 = end1 >= 0 ? num1[end1--] - '0' : 0;

int val2 = end2 >= 0 ? num2[end2--] - '0' : 0;

int ret = val1 + val2 + next;

next = ret / 10; // 取进位

ret = ret % 10; // 取个位数

//头插，时间复杂度为n^2

//retstr.insert(0, 1, ret + '0');

//尾插

retstr += '0' + ret;

}

if (next == 1)

{

//retstr.insert(0, 1, '1');

retstr += '1';

}

//将字符串反转，时间复杂度提升到O(n)

reverse(retstr.begin(), retstr.end());

return retstr;

}

};

四、扩展阅读

🥤：面试中string的一种正确写法
https://coolshell.cn/articles/10478.html

🍺：STL中的string类怎么了
https://blog.csdn.net/haoel/article/details/1491219

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